Nosimmetrik rejimlarni kuch transformatorining samaradorligiga ta’siri

Kirish. Transformatorlar elektr tarmog‘ining asosiy uskunasi sifatida ko‘p sonli nosozliklar yuzaga kelganda iqtisodiy isroflar va katta baxtsiz hodisalarga olib kelishi kuzatiladi. Shuning uchun ularning nosozliklarini aniqlash hali ham dolzarb tadqiqot mavzusidir [1]. Transformator bir nechta asosiy qismlardan iborat bo‘lib, ularning har biri elektr energiyasi ko‘rsatkichlarini o‘zgartirish jarayonida muayyan funksiyalarni bajaradi. Shunday qilib, quvvatni o‘zgartirmasdan kuchlanishni oshirish yoki kamaytirish orqali nominal sinusoidal kuchlanish, oqim [2] va [3] nominal chastota bilan ishlash uchun mo‘ljallangan elektrostatik qurilma. Kuchlanish o‘zgarishi paytida elektr energiyasining har qanday sifat ko‘rsatkichlari qiymatining o‘zgarishi transformatordagi isroflarning oshishiga va uning ishlash muddatiga ta'sir qiladi. Ushbu “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №2/2025 94 Машинасозлик ва энергетика ko‘rsatkichlarga misol, kuchlanishning keskin o‘sishi yoki kamayishi, uning fazaviy nomutanosibligi (kuchlanish nosimmetriyasi). Kuchlanishning keskin oshishi yoki pasayishi yuqori quvvatli iste’molchilarning to‘satdan tarmoqqa ulanishi yoki uzilishi natijasida yuzaga keladi. Natijada, transformator qiziydi va bu jarayonning doimiy sodir bo‘lishi transformatordagi izolyatsiyaning tez yomonlashishiga olib keladi. Kuchlanish nosimetrikligi asosiy sabablaridan biri - bir fazali iste’molchilarning uch fazada notekis taqsimlanishi. Har xil quvvat sarfiga ega bo‘lgan bir fazali iste'molchilar uch fazali quvvat transformatoriga ulangan. Natijada, har bir fazada quvvatning notekis taqsimlanishi tufayli quvvat transformatorining chulg‘amlari o‘rtasida kuchlanish nosimmetriyasi kuzatiladi [4]. Transformator samaradorligining pasayishi bilan birga undagi qizishning paydo bo‘lishi xizmat muddatining pasayishiga va oxir-oqibat uning ishdan chiqishiga olib keladi . Ko‘pgina hollarda transformatorning nosozliklarini aniqlash uchun an'anaviy usullar qo‘llaniladi: izolyatsiya qarshiligini tekshirish, yog‘ xususiyatlarini o‘rganish va kirish-chiqish kuchlanishlarini solishtirish. Bunday tekshiruvlar ko‘plab sabablarga ko‘ra nosozliklarni aniqlashni qiyinlashtiradi. Transformator nosozliklarini aniqlash muammosi uchun quyidagi usullar samarali hisoblanadi: ▪ Sun’iy intellekt sohasidagi qurilmani o‘rganish nosozliklarini tashxislash usuliga asoslangan gibrid takomillashtirilgan seagull optimallashtirish usuli [5], ▪ Ma’lumotlarni klasterlash usuli bilan forest tasniflagichi yordamida transformator moyining bug‘lanishidagi gaz ma’lumotlaridan quvvat transformatorining nosozliklarini yuqori aniqlik bilan aniqlash va kelib chiqadigan nosozlikni bashorat qilish [6]; ▪ ketma-ket kalman filtr sensori yordamida kuch transformatorining nosozlik diagnostika natijalarini to‘plamidan nosozlikni aniqlash usuli [7]. So‘nggi yillarda transformatorlarda nosozlik ma’lumotlar hajmining ortishi [8] va diagnostika aniqlik darajasiga bo‘lgan yuqori talabning oshishi bilan Deep Learning asta-sekin asosiy yondashuvlardan biri bo‘lib qoldi [9]. Deep Learningga muqobil usul sifatida keng ta’lim tizimi (Broad Learning System) [10] qabul qilindi. Bu usullar kuch transformatorining nosozliklarini tashxislashda asta-sekin natijasini berib kelmoqda [11]. Ko‘pgina tadqiqotlar natijasi BLS qoniqarli ishlashini ko‘rsatib bergan [8]. Maqolada 3 fazali transformatorni faza kuchlanishlari nosimmetrik keltirib chiqaruvchi bir fazali iste’molchilar bilan simulyatsiya qilindi. Standart kuchlanish nosimmetrikligi holatlari 3 fazali pasaytruvchi transformatorning ishlashiga kuchlanish nosimmetrikligi ta’sirini baholash uchun amaliy tadqiqotlar sifatida tavsiflanadi (1-rasm). 1-rasm. 3 fazali quvvat transformatori va 1 fazali iste’molchilar uchun MATLAB simulyatsiya modeli “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №2/2025 95 Машиностроение и энергетика Uch fazali transformator uchun simulyatsiya modeli: taklif etilayotgan model MATLAB/ Simulink dasturida “Uch fazali transformator (ikki chulg‘amli)” modeli yordamida o‘rganildi. Uch fazali transformator (ikki chulg‘amli) modelida uchta bir fazali transformator birlashtirilgan. Maqolada MATLAB/Simulink dasturiy ta’minotida gisterezis xarakteristikalari bilan birlashtirilgan holda tarmoq transformatorga asoslangan uch fazali transformator uchun simulyatsiya parametrlarini ishlab chiqaruvchining parametrlaridan foydalanildi [12]. Odatda, bir fazali iste’molchilarda ishlatiladigan transformator 63, 100, 160, 250, 400, 630 va boshqa kVA uch fazali kuch transformatorlardan foydalaniladi [13]. Ushbu tadqiqot tajribasida 1-jadvalda keltirilgan 160 kVA to‘la quvvatga ega bo‘lgan kuch transformatorining ishlab chiqaruvchisining transformator qo‘llanmasidagi ko‘rsatgichlaridan foydalaniladi. 1- jadval . 160 kVA uch fazali transformatorning parametrlari Bu modelda: − manba sifatida uchta bir fazali AC Voltage Source elementidan; − transformator birlamchi va ikkilamchi chulg‘ami yulduz/yulduz (Y/Y) ulangan Three-Phase Transformer Inductance Matrix Type (Two Windings) elementidan; − bir fazali iste’molchi sifatida Series RLC Branch elementidan foydalanildi: Matlab-Simulinkda 3 fazali kuch transformator va 1 fazali iste’molchilarning simulyatsiya modeli 1-rasmda ko‘rsatilgan. Elekr energiya ishlab chiqaruvchisi tomonidan kuchlanishning o‘zgarishi, yuklama koeffitsiyenti darajasi va iste’molchilarning fazalar o‘rtasida notekis taqsimlanishi bilan transformatorning samaradorligini baholash bunday muammolarga yechim topishning dolzarbligini belgilaydi. Transformatordagi isroflar yuklama va to‘g‘ridan to‘g‘ri isroflarni o‘z ichiga oladi va quyidagicha hisoblanadi: 𝑃𝑡= 𝑃1 −𝑃2 −𝑃𝑙𝑛−𝑃𝑙 (1) Bu yerda: P1 - uch fazali yuqori kuchlanishli kirish quvvati; P2 - uch fazali past kuchlanishli chiqish quvvati; Pln - yuklamasiz rejimda magnit quvvat isrofi; Pl - yuklama isroflari. Transformatorning ishlash vaqtida quvvat sarfi mustaqil bo‘lib, temir yadrodagi induksiyon kuchlanishidan kelib chiqadi. U ikkita strukturaviy isrofdan iborat: oqim chulg‘amlardan o‘tganda gisterezis isrofi ( Ph ) va issiqlik isrofi ( Pef ). Ushbu isrof quyidagi formula bo‘yicha hisoblanadi: 𝑃𝑙𝑛= 𝑃ℎ+ 𝑃𝑒𝑓 (2) Ko‘rib chiqilayotgan modeldagi issiqlik isrof quyidagicha hisoblanadi: 𝑃𝑒𝑓= 3𝐼𝑚 2 ∗𝑅𝑚 (3) Bu yerda: Im - magnitlanish oqimining haqiqiy qiymati; Rm - magnitlanish qarshiligi. Ko‘rib chiqilayotgan modeldagi yuklama isroflari joriy garmonik komponentlar tomonidan oshirilgan yuklama oqimining ildiz o‘rtacha kvadrat qiymatining kvadratiga mutanosib mis yoki alyuminiy isroflardir. 𝑃𝐿= 3𝑅1𝐼1.𝑟 2 + 3𝑅2𝐼2.𝑟 2 (4) Parametrlar Qiymat Nominal quvvat (kVA) 160 HV yuklamasiz kuchlanish (V) 10000 LV yuklamasiz kuchlanish (V) 380 HV Nominal oqim (A) 16 LV Nominal oqim (A) 421 Qisqa tutashuv kuchlanishi (%) 4.5 Yuklamasiz oqim (%) 1.4 Yuklamasiz rejimda quvvat sarfi (V) 370 Qisqa tutashuv rejimida isroflar (V) 2650 “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №2/2025 96 Машинасозлик ва энергетика Bu yerda: R1 - yuqori voltli mis yoki alyuminiy qarshilik; R2 - past kuchlanishli mis yoki alyuminiy qarshilik; I1.r - yuqori voltli yuklama oqimining qiymati; I2.r - past kuchlanishli yuklama oqimining qiymati. Quvvat koeffitsiyenti 𝑐𝑜𝑠φquyidagi bog‘liqlik bo‘yicha hisoblanadi: cosφ = 𝑃 √𝑃2+𝑄2 (5) Bu yerda: P – faol quvvat (kirish); Q - reaktiv quvvat (kirish). Transformatorning foydali ish koeffitsiyenti 3 fazali past kuchlanishli chiqish quvvati P2 ning 3 fazali yuqori kuchlanish P1 kirish quvvatiga nisbati hisoblanadi: η = 𝑃2 𝑃1 ∙100 % (6) η = 𝑘𝑙.𝑐.∙𝑆𝑛𝑐𝑜𝑠φ 𝑘𝑙.𝑐.∙𝑆𝑛cosφ2+𝑃𝑙.𝑛.+𝑘𝑙.𝑐. 2 ∙𝑃𝑠ℎ.𝑐. ∙100 % (7) Bu yerda: klc -yuklama koeffitsiyenti; Sn –transformatorning nominal quvvati; Pln - transformatorning yuklamasiz rejim kuchi; Psh.c–transformatorning qisqa tutashuv quvvati. Kuchlanish nosimmetriyasi: Ko‘pgina tadqiqotlarda nosimmetrik kuchlanish darajasini aniqlash usuli elektr energiyasini ishlab chiqaruvchilar korxona tomonidan aniqlangan kuchlanishning nosimmetrikligi yoki Xalqaro elektrotexnika komissiyasi (IEC) tomonidan aniqlangan kuchlanish nosimmetrikligi koeffitsiyenti (voltage unbalance factor - VUF) hisoblanadi [15]. Har ikkisi ham kuchlanish muvozanatining darajasini ko‘rsatishi mumkin bo‘lgan ijobiy miqdorlardir. Tadqiqotlar bir fazali iste’molchilar kunning tig‘iz vaqtlarida, hafta kunlarida va qishgiyozgi mavsumning almashinishda iste’molining o‘zgarishi kuchlanishni fazalararo teng ko‘rsatgichga ega bo‘lishiga salbiy ta’sirni ko‘rsatdi. Bu o‘z navbatida turli xil kuchlanish nosimmetrik doimiy keltirib chiqarmoqda. Fazalararo kuchlanishning bir fazasida nominal ko‘rsatgichdan past bo‘lishi va yuqori bo‘lishligi mumkin (ikkinchi va uchunchi jadvalda ko‘rsatib o‘tilgan). Aynan bir fazaning pasayishi yoki ko‘tarilishi transformator foydali ish koeffitsiyentini baholashni talab qilmoqda. Baholash natijasi bo‘yicha bu muammoga yechim ishlab chiqilishi dolzarbligicha kelmoqda. Transformator foydali ish koeffitsiyentini baholashda ruxsat etilgan kuchlanish nosimmetrikligini baholashda 6% gacha bo‘lgan oraliqdagi natijalar olindi. Tadqiqotdagi ko‘rsatkichlar 2-jadvallardagi qiymatlar asosida transformatorning foydali ish koeffitsiyentini baholashda MATLAB/Simulinkdan foydalanilgan. Natijalarni tahlil qilib chiqilgan va taqqoslash maqsadida diagramma ko‘rinishiga keltirildi. Dastlab kuchlanish simmetriya bo‘lgan vaqtda tranformator yuklamasining o‘zgarishini transformator foydali ish koeffitsiyentiga ta’siri ko‘rsatib o‘tilgan. Transformator ishlab chiquvchi korxonalar tomonidan berilgan ma’lumotlar va tajriba natijalaridan aniqlanganki 75÷80% yuklamada transformatorning foydali ish koeffitsiyenti eng yuqori ikkinchi holatda kuchlanish simmetriyasi buzilgan vaqtda yuklama 60% dan 100% gacha bo‘lgan oraliqda transformator foydali ish koeffitsiyenti ko‘rsatib o‘tilgan. Kuchlanish simmetriyasi buzilishi natijasida samaradorlik ko‘rsatkichi dastlabgiga nisbatan kamayadi. Natijalarni kuchlanish simmetriyasining buzilishi natijasida tranformatorning foydali ish koeffitsiyentini pasayishiga sabab bo‘ldi. Va foydali ish koeffitsiyentini yuqori nuqtasiga erishtiruvchi yuklamalarning foiz qiymati ham o‘zgaradi. Bu ko‘rsatgich 75 % dan yuqori qiymatga ega bo‘ladi. Ammo transformatorning nominal harorat ko‘rsatgichi qiymatining ortishi evaziga isrofi ham ortadi. Transformator samaradorligining umumiy qiymatini baholashda 60% dan 100% gacha bo‘lgan turli xil yuklamalarda kuchlanish simmetriyasi buzilishining samaradorlikka ta’sirini tahlil qilish natijalari 2-rasmda ko‘rsatilgan. Ushbu rasmda 2 ta holat uchun natijalar ko‘rsatilgan. Umuman olganda, transformatorning maksimal samaradorligi yuklama 75-80% bo‘lganida kuzatildi. Transformatorning samaradorligi (kuchlanish nosimmetrik bo‘lganda) eng past, 98,6%, uning yuklamasi 60% va 100% bo‘lganida. Kuchlanish nosimmetriyasining samaradorlikka eng “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №2/2025 97 Машиностроение и энергетика katta ta’siri yuklamalanishning optimal qiymatida, 80% da kuzatildi. Bunday holda, nosimmetriya tufayli samaradorlik 0,1% ga kamayadi. 98,63 90% 98,68 98,72 80% 98,78 YUKLAMA (%) 98,77 70% 98,87 98,68 60% 98,76 98,59 50% 98,68 98,45 98,5 98,55 98,6 98,65 98,7 98,75 98,8 98,85 98,9 SAMARADORLIK (%) Ряд2 Ряд1 Kuchlanish simmetrik bo'lganda transformatorning samaradorligi Kuchlanish nosimmetrik bo'lganda transformatorning samaradorligi 2-rasm. Kuchlanish simmetriyasi buzilgan va buzilmagan holatda transformator samaradorligining yuklamalarga bog‘liqligi 2-jadval. MATLAB/Simulink simulyatsiya modeli uchun fazali kuchlanish nosimmetriyasi ko‘rsatkichlari kV (%) Nominal ko‘rsatgichdan B faza kuchlanishining oshishi 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 A 220 217.8 215.6 213.4 211.2 209 206.8 220 B 220 220 222.2 224.4 226.6 228.8 231 233.2 C 220 220 Transformatorning samaradorligi MATLAB/Simulink modeli uchun 2-jadvalda keltirilgan faza kuchlanishining nosimmetrikligi ma’lumotlari yordamida baholandi. 2-jadvalda transformatorning samaradorligi A fazasining kuchlanishi boshqa fazalar va nominalga nisbatan 6% ga kamayganda 2-formula asosida baholandi. Baholash natijalarining grafigi kuchlanishning pasayishi transformatorning samaradorligiga bog‘liqligi sifatida tasvirlangan (3-rasm). Nominal ko‘rsatgichdan A fazasining kuchlanishini kamaytirish Kuchlanishning o'zgarishi (0% dan 6% oraligida) 98,77 98,803 98,78 98,812 98,81 98,818 98,828 98,82 98,83 98,828 98,835 98,83 98,838 98,848 98,72 98,74 98,76 98,78 98,8 98,82 98,84 98,86 Samaradorlik A fazani kuchlanishini nominaldan kamayishi B fazani kuchlanishini nominaldan oshisi 3-rasm. Transformator samaradorligining kuchlanish nosimmetriyasiga bog‘liqligi “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №2/2025 98 Машинасозлик ва энергетика 2-jadvaldagi ma'lumotlarga asoslanib, B fazali kuchlanishning 6% ga oshishi natijasida transformatorning samaradorlik ko‘rsatkichlari 3-rasmda tasvirlangan. Fazalar orasidagi kuchlanish farqi kuchlanishning pasayishiga olib kelishi aniqlandi. Fazalar orasidagi kuchlanishning notekis taqsimlanishi transformator samaradorligining pasayishiga olib kelishi MATLAB/Simulink dasturi yordamida aniqlandi. Samaradorlikni baholashda u yuqori samaradorlik bilan yuklamalash koeffitsiyentida amalga oshirildi. Kuchlanish nosimmetriyasi 2% dan oshgani sayin transformatordagi samaradorlik miqdori kamayadi. Transformator samaradorligining bunday pasayishi natijasida elektr tarmoqlaridagi energiya isroflari transformator ulushining oshishiga sabab bo‘ladi. Xulosa. Barcha elektr tarmoqlarida uch fazali transformatorlar, kuchlanish nosimmetriyasi ostida ishlashi natijasida transformatorning isishi va uning xizmat qilish muddatining pasayishiga olib keladi. Bu iste’molchilarning uzluksiz va sifatli elektr energiyasiga bo‘lgan talabini qondira olmaydi. Elektr energiyasi ishlab chiqaruvchi korxonalar elektr energiyasini sifat ko‘rsatkichlari standarti bo‘yicha ishlab chiqaradilar. 1-rasmdagi modelning natijalari shuni ko‘rsatdiki, iste'molchilar ushbu ko‘rsatkichlar bo‘yicha o‘zlarining fikrlarini ko‘rsatadilar. Tadqiqot davomida bir fazali iste’molchilar tomonidan haddan tashqari yuklamalanish tufayli kuchlanish nosimmetriyasi darajasi 6% dan ortiq oshganligi kuzatildi. Bir fazali iste’molchilar o‘rtasida kuchlanishning simmetrik bo‘lishini ta’minlash orqali ortiqcha chiqindilarning oldini olish va transformatorlarning ish vaqtini uzaytirish mumkin. Iste’molchilarning elektr energiyasiga bo‘lgan ehtiyojlarini qondirish uchun foydalanadigan tabiiy resurslar tejaladi. Atrof-muhitga chiqadigan chiqindilar miqdori kamayadi. Bu tadqiqot Oʻzbekiston sharoitida elektr energiyasining kuchlanish simmetriyasini taʼminlash boʻyicha tadqiqotning birinchi bosqichi boʻldi. Tarmoqdagi kuchlanish simmetriyasi va shu bilan birga qayta tiklanadigan energiya manbalari bilan ta’minlangan tizimlarda tajribalar istiqbolli yo‘nalishlar sifatida talab qilinadi